Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5875
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird die Optimierung der Laserablations-ICP-Massen-spektrometrie (LA-ICP-MS) zur Multielementbestimmung im Spurenbereich am Beispiel oxidbeladener Gläser aus der Verglasung von simulierten hochradioaktiven Abfallösungen (WAK-Gläser) beschrieben.
Bei der Laserablation wird mittels eines Laserstrahles punktuell eine geringe Menge eines Feststoffes verdampft. Die verdampften Partikel werden mit einem Argon-Gasstrom in die Plasmafackel eines ICP-Massenspektrometers überführt, dort ionisiert und die gebildeten Ionen anschließend entsprechend ihrem Masse/Ladungs-Verhältnis im Massenspektrometer analysiert. Die LA-ICP-MS zeichnet sich durch eine einfache Meßprozedur aus, die schnelle Elementbestimmungen erlaubt. Eine zeitaufwendige Probenaufarbeitung, wie z. B. Aufschluß der Probe, ist nicht erforderlich. Wegen der zur Analyse gelangenden sehr geringen Materialmenge bietet sich der Einsatz der LA-ICP-MS bei der Analytik von radioaktiven Proben an.
Im ersten Teil der Arbeit wurden die Laserparameter hinsichtlich effektivem und reproduzierbarem Probenabtrag optimiert. Im zweiten Teil schlossen sich Untersuchungen an Referenzgläsern (RFA-, NIST-Standardgläser) zur Reproduzierbarkeit der Meßwerte an. Im Anschluß daran wurde ein technisches Glas (WAK-Glas) analysiert und Kalibrierungsmöglichkeiten untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, daß bei einer Kalibrierung mit optisch gleichen Gläsern gute Wiederfindungsraten erreicht werden, hingegen bei einer Kalibrierung mit optisch ungleichen Gläsern die Wiederfindungsrate schlechter ist. Der Grund dafür liegt in der unterschiedlichen Absorption der verwendeten Laserstrahlung bei = 1064 nm.
Bezüglich der Reproduzierbarkeit konnte festgestellt werden, daß bei homogenen Gläsern (Referenzgläser) eine gute Reproduzierbarkeit erreichbar ist, bei technischen Gläsern hingegen ist sie bedingt durch die größere Inhomogenität schlechter.
Eine Verbesserung der Analysenergebnisse kann von der Erhöhung der Ablationseffizienz durch Verwendung von Laserlicht mit höherer Frequenz und durch den Einsatz speziell hergestellter optisch angepaßter Kalibrierstandards erwartet werden.
Analysis of trace elements in simulated high radioactive waste glasses by means of laserablation-ICP-mass spectrometry
Summary
The present report describes the optimization of the laserablation-ICP-mass spectrometry (LA-ICP-MS) for the analysis of trace elements in simulated glasses from the vitrification of high radioactive liquid waste (WAK-glass).
By means of a focused laser beam small quantities of material are evaporated from the surface of a solid sample. These particles are transported by an Argon gas stream into the plasma torch of an ICP-mass spectrometer, where they are ionized and detected in accordance with their mass to charge ratio. The laserablation is characterized by a relatively simple procedure of measurement, which allows a rapid element analysis. Time consuming sample preparation, as for example the digestion of the sample, is not necessary. Because of the small amount of material required by the LA-ICP-MS, this method is suited for the analyses of radioactive samples.
The first part of this work the laser parameters were optimized for the effective and reproducible sample evaporation. The second part presents results of the investigation of standard reference glasses and technical glasses.
The results show that acceptable recovery rates are obtained if glasses with similar optical properties are used for the calibration, while the recovery rates are much smaller, if glasses have different optical properties.
This is caused by the different absorption properties of the laser beam at ? = 1064 nm.
A good reproducibility was observed in the case of the standard glasses. The technical glasses showed lower reproducibility because of their inhomogenity.
Better results are expected if a laser beam with higher frequency and standards with adapted optical properties for the calibration are applied.